CN1181503C - 稀土-铁-硼永磁材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种稀土-铁-硼永磁材料的制备方法，属于磁性材料技术领域。该制备方法依次包括步骤如下：采用目前烧结NdFeB的制粉工艺获取R(稀土)-Fe-B原料粉末，然后装入SPS专用模具进行磁场取向和压型；将上述R(稀土)-Fe-B原料粉末连同模具在真空或惰性气体保护下进行放电等离子烧结，烧结条件为：加热速度30-300℃/min，烧结温度700-900℃，加压10-700MPa，保温时间0-30min，冷却速度10-100℃/min；烧结后磁体进行二级热处理，其中第一级热处理温度900-1100℃，时间1-3h，第二级热处理温度600-900℃，时间1-3h。采用该方法制备的稀土-铁-硼永磁材料同时具有高耐腐蚀性、高磁性能和高尺寸精度。
Description
一、技术领域
一种稀土-铁-硼永磁材料的制备方法，属于磁性材料领域。
二、背景技术
NdFeB永磁是目前磁性能最好的永磁材料，广泛应用于电子信息、机电、仪表及医疗器械等领域，是磁性材料中发展最快的一种。目前已经实用化的NdFeB永磁主要有两种形式，即烧结NdFeB磁体和各向同性粘结NdFeB磁体。其中烧结NdFeB磁体具有十分优异的磁性能，而粘结NdFeB磁体则具有良好的成型性和理想的尺寸精度。这两种磁体均因其特有的优点而得到了较快的发展。但与此同时，这两种形式的NdFeB永磁也存在着一些明显的不足，主要包括：
(1)烧结NdFeB磁体的成型性很差，必须经过后加工才能达到合格的尺寸精度。但由于材料本身脆性很大，使后加工中原材料的损失高达40-50％，造成了稀土资源的巨大浪费，同时机加工也提高了材料的制造成本。而粘结NdFeB磁体基本是各向同性的，磁性能较低，无法应用于对磁性要求较高的领域。
(2)由于NdFeB永磁材料组织的不均匀性和高活性富钕相的存在等因素，材料的抗氧化性和耐蚀性较差。
NdFeB永磁的不足不仅造成了材料巨大的浪费，而且也在很大程度上限制了其应用领域。国内外研究人员对这些问题进行了广泛和深入的研究。但到目前为止，还没能获得一种同时具有优异磁性能、良好成型性和理想尺寸精度的NdFeB永磁。此外在解决NdFeB永磁自身的耐腐蚀性方面也未能取得理想的效果。
针对NdFeB永磁材料的现状，本发明采用放电等离子烧结技术(Spark Plasma Sintering，简称SPS技术；也称为等离子活化烧结技术，Plasma Activated Sintering，简称PAS技术)制备综合性能优良的新型NdFeB永磁材料。结果表明，采用SPS技术制备的新型NdFeB永磁材料具有如下优点：(1)在成分相同的条件下，磁特性与普通烧结NdFeB磁体相当，同时具有良好成型性和理想尺寸精度；(2)与现有NdFeB磁体相比，具有更好的耐腐蚀性。
SPS技术是一种利用直流脉冲电流通电烧结的加压烧结方法(装置示意图如下)。其基本原理是通过对电极通入直流脉冲电流瞬时产生的放电等离子使烧结体内部各个颗粒均匀的自身产生焦耳热并使颗粒表面活化，在加压的同时实现烧结。这种技术具有如下特点：(1)烧结温度低，一般低于普通烧结温度200-300℃；(2)烧结保温时间短，只需3-5分钟，仅为普通烧结保温时间的1/100左右；(3)可获得细小、均匀的组织；(4)能获得高致密度材料；(5)可以制造瓦形、薄壁环等异形及大尺寸工件。
通过查新，发现目前国外已经开展了采用SPS技术制备软磁材料和纳米耦合永磁材料的研究工作，结果表明采用这种技术制备出的各种磁性材料具有比传统材料更加细小均匀的晶粒组织，从而具有更好的磁特性。但与本发明相关的研究则未见报道。
三、发明内容
本发明的目的在于将放电等离子烧结技术应用于NdFeB永磁材料的制备，通过系统深入的研究制备工艺参数与材料的组织、性能之间的关系，获得同时具有高磁性能、高尺寸精度和高耐蚀性的新型NdFeB永磁材料。制备方法包括以下步骤：
步骤1：采用普通烧结NdFeB的制粉工艺获取R-Fe-B原料粉末，然后装入放电等离子烧结专用模具进行磁场取向和预压成型，
其中R为稀土，R＝Nd，Pr或Dy；
步骤2：将样品连同模具在真空或惰性气体保护下进行放电等离子烧结，烧结条件为：加热速度30℃/min-300℃/min，烧结温度700℃-900℃，加压力10MPa-700MPa，保温时间0-30min，冷却速度10℃/min-100℃/min；
步骤3：烧结后磁体进行二级热处理(工艺示意图见图2)，其中第一级热处理温度900℃-1100℃，时间1-3h；第二级热处理温度600℃-900℃，时间1-3h。
本发明所提供的稀土-铁-硼永磁材料的特征在于：与成分相同的普通烧结NdFeB磁体相比，磁性能相当。实施例1-5中的磁体与作为对比的成分相同的普通烧结NdFeB磁体的磁特性参数列于表1中。与此同时，磁体的最终尺寸精度很高，这为材料的一次成形提供了良好的保证。实施例1-5中的磁体在某一维度上的最大尺寸偏差列于表2中，这一尺寸精度与普通烧结NdFeB磁体经过线切割加工后的尺寸精度相当。
本发明所提供的稀土-铁-硼永磁材料的另一重要特征在于：与成分相同的普通烧结NdFeB磁体相比，具有良好的抗氧化性和在中性及弱酸性环境下的耐腐蚀性。其中，实施例1与成分相同的普通烧结NdFeB磁体的湿热实验的腐蚀增重对比曲线如图3所示。可以看出，经过80小时湿热实验，实施例1磁体的腐蚀增重只有普通烧结NdFeB磁体的四分之一，而且就趋势而言，其增重已趋近于饱和状态。显示出较强的抗氧化能力。此外实施例1-5的磁体与成分相同的普通烧结NdFeB磁体在中性盐溶液中的稳定电位(表征材料化学稳定性)和在弱酸性硫酸溶液中的腐蚀电流密度(表征材料腐蚀速度)的实验结果列于表3中。结果显示，无论从腐蚀过程的热力学还是动力学角度，本发明所提供的稀土-铁-硼永磁材料的耐腐蚀性均明显优于普通烧结NdFeB磁体。
四、附图说明
图1：放电等离子烧结技术专用设备，其中1、上电极，2、下电极，3、上压头，4、下压头，5、模具，6、样品，7、热电偶，8、电源；
图2：本发明工艺过程中烧结后磁体进行二级热处理过程工艺示意图；
图3：实施例1与成分相同的普通烧结NdFeB磁体的湿热实验腐蚀增重对比曲线
五、具体实施方式
例1、将成分为Nd13.5Dy0.5Fe79.8B6.2的合金采用熔炼铸锭-机械破碎-气流粉碎的工艺制粉，将粉末装入石墨模具中进行磁场取向和预成型。将样品连同模具在真空或惰性气体保护下进行放电等离子烧结，烧结加热速度为30℃/min，烧结温度900℃，加压力10MPa，保温时间0min，冷却速度80℃/min。随后一级热处理温度1000℃，时间1hr；二级热处理温度850℃，时间2hr。
例2、将成分为Nd13.5Dy0.5Fe79.8B6.2的合金采用鳞片铸锭-氢破碎-气流粉碎的工艺制粉，将粉末装入石墨模具中进行磁场取向和预成型。将样品连同模具在真空或惰性气体保护下进行放电等离子烧结，烧结加热速度为60℃/min，烧结温度780℃，加压力30MPa，保温时间5min，冷却速度50℃/min。随后一级热处理温度1000℃，时间2hr；二级热处理温度650℃，时间1hr。
例3、将成分为Pr13.5Dy0.5Fe79.8B6.2的合金采用熔炼铸锭-机械破碎-气流粉碎的工艺制粉，将粉末装入石墨模具中进行磁场取向和预成型。将样品连同模具在真空或惰性气体保护下进行放电等离子烧结，烧结加热速度为100℃/min，烧结温度800℃，加压力50MPa，保温时间10min，冷却速度100℃/min。随后一级热处理温度900℃，时间3hr；二级热处理温度600℃，时间1hr。
例4、将成分为Nd13.5Dy0.5Fe79.8B6.2的合金采用鳞片铸锭-氢破碎-气流粉碎的工艺制粉，将粉末装入硬质合金模具中进行磁场取向和预成型。将样品连同模具在真空或惰性气体保护下进行放电等离子烧结，烧结加热速度为200℃/min，烧结温度700℃，加压力350MPa，保温时间20min，冷却速度30℃/min。随后一级热处理温度1080℃，时间3hr；二级热处理温度900℃，时间1hr。
例5、烧结之前的工艺过程同实施例4，烧结加热速度为300℃/min，烧结温度700℃，加压力700MPa，保温时间30min，冷却速度10℃/min。随后一级热处理温度1100℃，时间2hr；二级热处理温度900℃，时间3hr。
表1
表2
| 例1 | 例2 | 例3 | 例4 | 例5 | |
| 尺寸偏差(μm) | 19 | 17 | 21 | 17 | 18 |
表3
| 普通烧结磁体 | 例1 | 例2 | 例3 | 例4 | 例5 | |
| 稳定电位(mv) | -985 | -835 | -841 | -839 | -827 | -822 |
| 腐蚀电流密度(mA/cm2) | 5.2 | 2.5 | 2.4 | 2.5 | 2.2 | 2.1 |
Claims (1)
1、一种稀土—铁—硼永磁材料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
步骤1：采用普通烧结NdFeB的制粉工艺获取R-Fe-B原料粉末，然后装入放电等离子烧结专用模具进行磁场取向和预压成型，其中R为稀土，R＝Nd，Pr或Dy；
步骤2：将样品连同模具在真空或惰性气体保护下进行放电等离子烧结，烧结条件为：加热速度30℃/min-300℃/min，烧结温度700℃-900℃，加压力10MPa-700MPa，保温时间0-30min，冷却速度10℃/min-100℃/min；
步骤3：烧结后磁体进行二级热处理，其中第一级热处理温度900℃-1100℃，时间1-3h；第二级热处理温度600℃-900℃，时间1-3h。
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